Ciências da Natureza e suas Tecnologias – Física RADAR

Muito tempo antes da invenção do radar já se conhecia o princípio da reflexão de ondas de rádio, que teve grande importância nos primeiros estudos das camadas ionizadas da atmosfera superior. Foi na década de 30 que o radar começou a ser usado para descobrir e localizar objetos longínquos pela reflexão de ondas de rádio, principalmente por necessidades militares. Para preparação de defesa, era necessário ter conhecimento dos ataques aéreos muito tempo antes de os aviões serem vistos ou ouvidos. O princípio da reflexão aproveitado pelo radar é basicamente muito simples. Pode-se, por exemplo, fazer uma comparação com o fenômeno da reflexão acústica: as ondas sonoras refletidas por um edifício, montanha ou qualquer outro obstáculo, são recebidas pelo observador após um pequeno intervalo de tempo. Muito tempo antes da invenção do radar já se conhecia o princípio da reflexão de ondas de rádio, que teve grande importância nos primeiros estudos das camadas ionizadas da atmosfera superior. Foi na década de 30 que o radar começou a ser usado para descobrir e localizar objetos longínquos pela reflexão de ondas de rádio, principalmente por necessidades militares. Para preparação de defesa, era necessário ter conhecimento dos ataques aéreos muito tempo antes de os aviões serem vistos ou ouvidos. O princípio da reflexão aproveitado pelo radar é basicamente muito simples. Pode-se, por exemplo, fazer uma comparação com o fenômeno da reflexão acústica: as ondas sonoras refletidas por um edifício, montanha ou qualquer outro obstáculo, são recebidas pelo observador após um pequeno intervalo de tempo.

Se a velocidade com que as ondas sonoras se deslocam é conhecida, pode-se determinar a distância da superfície refletora medindo-se o intervalo de tempo entre o som inicial e seu eco. O radar usa exatamente o mesmo princípio, substituindo-se as ondas sonoras por ondas de rádio, que se deslocam muito mais rapidamente (cerca de km/s) e são capazes de cobrir distâncias muito maiores. Medindo-se o intervalo de tempo entre o sinal emitido e seu retorno, e observando-se a direção da chegada ao ponto de emissão, pode-se obter a posição correta do objeto refletor distante.

Um transmissor de rádio, ligado a uma antena direcional (que concentra sua radiação num feixe dirigido em um sentido único), emite uma corrente de ondas de rádio em pulsos curtos e espaçados. Cada sinal tem normalmente uns poucos milionésimos de segundo de duração. O intervalo entre um sinal e outro é substancialmente mais longo que o tempo gasto para atingir o obstáculo e chegar de volta ao ponto de emissão. Assim, um novo sinal só é emitido depois que o primeiro foi refletido e recebido de volta. Qualquer objeto colocado no trajeto do feixe transmitido reflete uma parte do sinal que o atinge, que é captado por um rádio- receptor localizado perto do transmissor. Ocorre, então, no receptor, uma corrente de pulsos refletidos ligeiramente retardados em relação ao feixe de pulsos transmitidos. Tal deslocamento de tempo é um curto intervalo correspondente ao tempo que qualquer sinal leva para se deslocar do transmissor até o obstáculo e voltar, e corresponde também à medida da distância a que o obstáculo está localizado. Se as antenas de transmissão e recepção são apontadas para o mesmo rumo, somente os alvos que se encontram nessa direção refletem os sinais, obtendo-se, assim, o sentido de sua localização. Um transmissor de rádio, ligado a uma antena direcional (que concentra sua radiação num feixe dirigido em um sentido único), emite uma corrente de ondas de rádio em pulsos curtos e espaçados. Cada sinal tem normalmente uns poucos milionésimos de segundo de duração. O intervalo entre um sinal e outro é substancialmente mais longo que o tempo gasto para atingir o obstáculo e chegar de volta ao ponto de emissão. Assim, um novo sinal só é emitido depois que o primeiro foi refletido e recebido de volta. Qualquer objeto colocado no trajeto do feixe transmitido reflete uma parte do sinal que o atinge, que é captado por um rádio- receptor localizado perto do transmissor. Ocorre, então, no receptor, uma corrente de pulsos refletidos ligeiramente retardados em relação ao feixe de pulsos transmitidos. Tal deslocamento de tempo é um curto intervalo correspondente ao tempo que qualquer sinal leva para se deslocar do transmissor até o obstáculo e voltar, e corresponde também à medida da distância a que o obstáculo está localizado. Se as antenas de transmissão e recepção são apontadas para o mesmo rumo, somente os alvos que se encontram nessa direção refletem os sinais, obtendo-se, assim, o sentido de sua localização.

Na verdade, as operações de transmissão e recepção são efetuadas com uma única antena. O receptor é momentaneamente paralisado durante o breve período da transmissão de um pulso, mas reativado a tempo de receber qualquer sinal refletido. A antena é normalmente girada horizontalmente, em uma velocidade uniforme, varrendo o espaço. Em alguns sistemas mais avançados a informação referente à elevação é obtida varrendo-se rapidamente para cima e para baixo, ao mesmo tempo que se efetua outra varredura, circular, em velocidade muito menor. O radar com base em terra não possui limitação de tamanho, podendo seu equipamento ser tão grande quanto necessário. Os aparelhos destinados a aviões, por exemplo, têm seu tamanho limitado. Além disso, os feixes detectores devem sem ser altamente definidos, de modo que o eco não seja recebido de focos terrestres ou marítimos que ocorrem na mesma direção. A limitação no volume exige que se utilizem comprimentos de onda mínimos, como os das microondas. Na verdade, as operações de transmissão e recepção são efetuadas com uma única antena. O receptor é momentaneamente paralisado durante o breve período da transmissão de um pulso, mas reativado a tempo de receber qualquer sinal refletido. A antena é normalmente girada horizontalmente, em uma velocidade uniforme, varrendo o espaço. Em alguns sistemas mais avançados a informação referente à elevação é obtida varrendo-se rapidamente para cima e para baixo, ao mesmo tempo que se efetua outra varredura, circular, em velocidade muito menor. O radar com base em terra não possui limitação de tamanho, podendo seu equipamento ser tão grande quanto necessário. Os aparelhos destinados a aviões, por exemplo, têm seu tamanho limitado. Além disso, os feixes detectores devem sem ser altamente definidos, de modo que o eco não seja recebido de focos terrestres ou marítimos que ocorrem na mesma direção. A limitação no volume exige que se utilizem comprimentos de onda mínimos, como os das microondas.

O som ouvido por um observador tem sua frequência aumentada ou reduzida conforme a aproximação ou o afastamento da fonte que o produz. Este fenômeno, conhecido como efeito Doppler, também ocorre com ondas de rádio; a frequência de um sinal refletido estará acima ou abaixo da frequência do pulso emitido se o alvo estiver se aproximando ou se afastando. O efeito Doppler pode ser aproveitado de várias maneiras no radar. Em um radar de busca, por exemplo, serve para cancelar a presença de alvos fixos, como casas, árvores ou colinas. Sendo captados somente os alvos de grande mobilidade. No transito serve para determinar a velocidade de um carro. O som ouvido por um observador tem sua frequência aumentada ou reduzida conforme a aproximação ou o afastamento da fonte que o produz. Este fenômeno, conhecido como efeito Doppler, também ocorre com ondas de rádio; a frequência de um sinal refletido estará acima ou abaixo da frequência do pulso emitido se o alvo estiver se aproximando ou se afastando. O efeito Doppler pode ser aproveitado de várias maneiras no radar. Em um radar de busca, por exemplo, serve para cancelar a presença de alvos fixos, como casas, árvores ou colinas. Sendo captados somente os alvos de grande mobilidade. No transito serve para determinar a velocidade de um carro. Atualmente os radares são usados no controle de tráfego aéreo, navegação, sistemas antiflogísticos, detecção de intempéries e nas viaturas policiais.